JP6772022B2 - 排水弁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は排水弁駆動装置に関する。

下記特許文献１には、軸方向へ移動可能なピニオンギヤ２０により、外部負荷へのモータ駆動力の伝達を継断するギヤードモータ１が記載されている。

特開２０１０−２７６０９３号公報

初期状態への復元力を有する外部負荷の姿勢をモータの駆動力で変化させ、また、その変化後の外部負荷の姿勢を維持する場合、モータ駆動力の継断機構や、外部負荷の初期状態への復帰を阻止する機構などを備える必要があり、装置が複雑化・大型化しやすい。

また、特許文献１のギヤードモータ１において、外部負荷の復元力に対して圧縮コイルばね２１の付勢力が十分でない場合、ピニオンギヤ２０と、ピニオンギヤ２０が噛合する入力歯車１７ａとの間に生じた摺動抵抗により、ピニオンギヤ２０がクラッチレバー２２に係止された状態に移行することができず、外部負荷が初期状態に復帰してしまうおそれがある。

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化を図ることができ、また、駆動後の排水弁の状態を安定して維持可能な排水弁駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の排水弁駆動装置は、駆動源であるモータと、前記モータの駆動力を被駆動体である排水弁に伝達する動力伝達経路と、前記動力伝達経路による駆動力の伝達を「継」状態または「断」状態に切り替えるクラッチ機構と、前記モータの正転時の駆動力のみを前記動力伝達経路に伝達させるフィルタ機構と、を備え、前記クラッチ機構は、前記排水弁の開閉状態に合わせて往復動作するクラッチレバーと、前記動力伝達経路の一部を構成する一の回転体と、前記動力伝達経路において前記回転体の従動側に隣接する歯車部材であるクラッチ歯車と、を有しており、前記回転体および前記クラッチ歯車は同軸線上に配置されており、前記クラッチ歯車は該軸線上を移動可能であり、前記回転体と前記クラッチ歯車との間には、これらを離間方向へ付勢する付勢部材が配置されており、前記回転体の前記クラッチ歯車側の端面には、該クラッチ歯車側に突出した凸部である駆動側係合爪が形成されており、前記クラッチ歯車の前記回転体側の端面には、該回転体側に突出した凸部である従動側係合爪が形成されており、前記クラッチレバーは、前記回転体と前記クラッチ歯車との間隔を制御するスロープ部を有しており、該スロープ部は、前記排水弁の駆動時には、前記クラッチ歯車を前記回転体側に押圧して前記従動側係合爪を前記駆動側係合爪に係合させ、前記排水弁の駆動完了時には、該押圧を解除して前記従動側係合爪を前記駆動側係合爪から離間させるテーパ面を有しており、前記クラッチレバーはさらに、前記排水弁の駆動後における前記クラッチ歯車の逆回転を阻止して該排水弁の駆動完了時の状態を維持する係止片を有しており、前記クラッチ歯車は、該係止片に係合する被係止片を有しており、前記動力伝達経路は遊星歯車機構を有しており、前記遊星歯車機構は、平歯車である入力歯車が外周面に形成された外筒と、太陽歯車である内筒とが、これらの一方の端部で結合された二重筒構造の太陽歯車部材と、複数の遊星歯車を支持する遊星支持部、および、該遊星支持部から前記遊星歯車機構の外部に延出した、前記遊星支持部と回転中心を同じくする平歯車部である出力歯車が一体化された遊星キャリア部材と、前記遊星歯車機構の外部に露出した平歯車であるフィルタ歯車を有し、内周面に内歯車が形成された内歯車部材と、を有しており、前記クラッチ歯車は前記太陽歯車部材の前記入力歯車と噛合しており、前記フィルタ機構は、前記モータの正転時にのみ前記フィルタ歯車の回転を係止することで、前記モータの正転時の駆動力のみを前記動力伝達経路に伝達させることを特徴とする。

上記構成を備えることにより、初期状態への復元力を有する被駆動体の駆動、およびその駆動完了後の状態維持を簡易な構成で実現することができ、排水弁駆動装置の小型化を図ることができる。また、大きな減速比が得られる遊星歯車機構が動力伝達経路に配置され、その入力側にクラッチ歯車が配置されていることにより、クラッチ歯車と入力歯車との間に生じる摺動抵抗を軽減することができる。これにより、クラッチ歯車をより速やかに被係止状態に移行させることが可能となる。また、別途フィルタ機構を備えることにより、モータの逆回転による排水弁の誤作動を未然に防止することができる。

また、前記付勢部材は、前記クラッチ歯車と、該クラッチ歯車に接触する他の部材との間に生じる摺動抵抗によって伸長が妨げられない大きさの付勢力を有することが好ましい。

被駆動体の復元力に対して付勢部材の付勢力が十分でない場合、クラッチ歯車と、クラッチ歯車に噛合する他の歯車部材との間に生じる摺動抵抗により、クラッチ歯車が速やかに被係止状態（クラッチ歯車の逆回転がクラッチレバーに阻止された状態）に移行することができず、被駆動体が初期状態に復帰してしまうおそれがある。付勢部材が、上記摺動抵抗によってはその伸長が妨げられない大きさの付勢力を有することにより、このような不具合を防ぐことができる。

また、前記クラッチ歯車の軸線方向における前記被係止片の突出長は、前記クラッチレバーの前記スロープ部に接触しない範囲で最大の長さであることが好ましい。

クラッチ歯車の逆回転を防止するためは、被駆動体の駆動完了後、クラッチ歯車が直ちに被係止状態に移行することが望ましい。被係止片の軸線方向の突出長が最大化されていることにより、クラッチレバーの係止片とクラッチ歯車の被係止片との間隔が短くなり、より速やかに被係止片を係止片に係合させることが可能となる。また、クラッチ歯車の被係止片がクラッチレバーの係止片に勢いよく衝突し、クラッチ歯車が下方に跳ねた場合でも、これらの係合状態を最大限確保することが可能となる。

また、前記回転体は前記モータの出力軸であり、前記動力伝達経路は減速歯車列を有していることが好ましい。

動力伝達経路のうち、作用するトルクが最も小さな位置にクラッチ歯車を配置することにより、クラッチ歯車と、これに噛合する他の歯車部材との間に生じる摺動抵抗を軽減することができる。これにより、クラッチ歯車をより速やかに被係止状態に移行させることが可能となる。

また、前記スロープ部の前記テーパ面は、前記回転体および前記クラッチ歯車の離間時における前記クラッチ歯車との接触部から、前記回転体および前記クラッチ歯車の係合時における前記クラッチ歯車との接触部に向かって、順に、面位置が次第に高くなる第１テーパ面と、頂部を経て面位置が次第に低くなる第２テーパ面と、を有しており、前記第２テーパ面による面位置の低下量は、前記第１テーパ面による面位置の上昇量よりも小さいことが好ましい。

回転体とクラッチ歯車とを係合させたときに、第１テーパ面の逆方向に傾斜した第２テーパ面でクラッチ歯車を支持することにより、装置の振動などのはずみでクラッチ歯車が第１テーパ面を下ってしまうことを抑制することができる。

また、前記クラッチ歯車と、該クラッチ歯車に噛合する他の歯車部材は、ポリアセタール樹脂からなることが好ましい。

クラッチ歯車と、これに噛合する他の歯車部材に、摺動性の高い樹脂材料を用いることにより、クラッチ歯車と他の歯車部材との間に生じる摺動抵抗を抑えることができ、クラッチ歯車をより速やかに被係止状態に移行させることが可能となる。

本発明にかかる排水弁駆動装置によれば、装置の小型化を図ることができ、また、駆動後の排水弁の状態を安定して維持することが可能となる。

実施形態にかかる排水弁駆動装置の内部構造を示す平面図である。 排水弁駆動装置の展開断面図である。 モータの構造を示す側面視断面図である。 遊星歯車機構の構造を示す側面視断面図である。 モータが逆転したときのフィルタ機構の動作を示す平面図である。 モータが正転したときのフィルタ機構の動作を示す平面図である。 排水弁を駆動しているときのクラッチ機構の動作状態を示す平面図である。 排水弁を駆動しているときのクラッチ機構の動作状態を示す側面図である。 排水弁の開放状態を維持しているときのクラッチ機構の動作状態を示す平面図である。 排水弁の開放状態を維持しているときのクラッチ機構の動作状態を示す側面図である。

（構成概要）
以下、本発明にかかる排水弁駆動装置の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の排水弁駆動装置９００の内部構造を示す平面図である。図２は、排水弁駆動装置９００の展開断面図である。なお、以下の説明における「上」および「下」とは、図２における上下方向をいうものとする。

排水弁駆動装置９００は、モータ１００の駆動力により排水弁Ｖを開放する装置である。本実施形態の排水弁Ｖは、その初期状態において閉塞されており、また、図示しない付勢手段により、排水弁Ｖには常に、排水弁Ｖを閉塞させる方向に付勢力が作用している。排水弁駆動装置９００は、かかる付勢力に抗して排水弁Ｖを牽引することでこれを開放させ、また、その開放状態を維持する。なお、本発明の排水弁の形態は、排水弁Ｖの形態には限られず、排水弁駆動装置による牽引および解放でその開閉状態が切り替わるものであれば、常に開放方向へ付勢力が作用している排水弁であってもよい。

排水弁駆動装置９００は、駆動源であるモータ１００、モータ１００の駆動力を被駆動体である排水弁Ｖに伝達する動力伝達経路である第１経路Ｐ_１、第１経路Ｐ１による駆動力の伝達を「継」状態または「断」状態に切り替えるクラッチ機構Ｃ、モータ１００の正転時の駆動力のみを第１経路Ｐ_１に伝達させるフィルタ機構Ｆ、および、フィルタ機構Ｆにモータ１００の駆動力を伝達する動力伝達経路である第２経路Ｐ_２と、を備えている。

（モータ）
図３は、モータ１００の構造を示す側面視断面図である。モータ１００は後述するフィルタ機構Ｆの逆転防止機能により回転方向が一方向に制御されるＡＣモータである。

モータ１００は、上部が開口した略カップ形状の金属製のモータケース１９０、モータケース１９０の内周面に沿って配置された円環形状のステータ１１０、ステータ１１０の内側に配置されたロータ１２０、および、ロータ１２０内に配置され、ロータ１２０と回転中心を同じくする回転体である誘導回転体１５０により構成されている。

モータケース１９０は、ロータ１２０を回転可能に支持するロータ支軸１３１を有している。ロータ支軸１３１は、ステンレス等の金属で形成された固定軸であり、モータケース１９０の底部中央にその基端部が圧入固定されている。なお、ステータ１１０の上面には、排水弁駆動装置９００を構成する他の回転部材や回動部材を支持する支軸・軸受が立設されている。

ロータ１２０は、ロータマグネット１２１、ロータボス１２２、および磁気誘導マグネット１２３により構成されている。

ロータマグネット１２１は、永久磁石からなる略円筒形状の部材である。ロータマグネット１２１は、その外周面をステータ１１０の内周面に対向させて配置されており、ステータ１１０が発生させる磁界により回転する。また、ロータマグネット１２１の上端には、フィルタ機構Ｆの一部を構成する逆転制動部１２１ａが設けられている。逆転制動部１２１ａはステータ１１０の上面よりも上方に延在している。

ロータボス１２２は、ロータマグネット１２１とともにインサート成形された樹脂製の軸体であり、モータ１００の出力軸である。ロータボス１２２は、その径方向中心に沿って貫通された軸穴１２２ｂを有しており、軸穴１２２ｂにはロータ支軸１３１が挿通されている。ロータボス１２２およびロータマグネット１２１は、これらの下端部から互いに他方に向かって径方向に延びた部分が結合されており、かかる結合部はロータ１２０の底部１２０ａを構成している。これにより、ロータ１２０の内部には、上部が開口した円環形状の空間が形成されている。また、ロータボス１２２の上面には、ロータボス１２２の従動側に隣接する歯車部材であるクラッチ歯車２００にモータ１００の駆動力を伝達する複数の凸部である駆動側係合爪１２２ａが形成されている。

磁気誘導マグネット１２３は、ロータマグネット１２１の内周面に貼着された環状の永久磁石である。

磁気誘導マグネット１２３の内側には誘導回転体１５０が配置されている。誘導回転体１５０は、誘導リング部Ｒ、および誘導リング部Ｒとともにインサート成形された樹脂製の軸体であるボス部１５３により構成されている。誘導回転体１５０は、磁気誘導マグネット１２３が回転することにより生じる渦電流の電磁誘導作用により、ロータ１２０に連れ回って回転する。

誘導リング部Ｒは、略円筒形状の銅管１５１、および、銅管１５１の筒内に圧入される略円筒形状の鉄管１５２により構成されている。銅管１５１は、非磁性導体である銅からなる誘導体である。鉄管１５２は、強磁性体である鉄製の部材であり、磁気誘導マグネット１２３の磁気吸引力が作用するバックヨーク部である。

ボス部１５３は、その径方向中心に沿って貫通された軸穴１５３ｂを有しており、軸穴１５３ｂにはロータボス１２２が挿通されている。ボス部１５３は、ロータボス１２２によりスラスト方向およびラジアル方向に支持されている。なお、ボス部１５３はロータボス１２２には固定されていない。そのため、誘導回転体１５０は、誘導回転体１５０に対する電磁誘導作用が、誘導回転体１５０の回転抵抗を上回るときにのみロータ１２０に連れ回って回転する。また、ボス部１５３の上端には、フィルタ機構Ｆの一部を構成する平歯車である歯車部１５３ａが設けられている。

（第１経路）
以下、図１および図２を参照して第１経路Ｐ_１の構成について説明する。第１経路Ｐ_１は、モータ１００の正転時の駆動力により排水弁Ｖをワイヤー４５０で牽引する出力経路である。

第１経路Ｐ_１は、駆動源側から排水弁Ｖ側に向かって、モータ１００のロータ１２０、クラッチ歯車２００、遊星歯車機構３００、第１経路第４歯車４１０（以下、単に「歯車４１０」という。）、第１経路第５歯車４２０（以下、単に「歯車４２０」という。）、ウインチ部材４３０、およびワイヤー４５０により構成されている。なお、ワイヤー４５０の先端部には排水弁Ｖ側に取り付けられる留め金４５１が固定されている。

ロータ１２０のロータボス１２２上面に設けられた駆動側係合爪１２２ａが、クラッチ歯車２００の下面から下方に突出した複数の凸部である従動側係合爪２１０と係合することにより、モータ１００の駆動力がクラッチ歯車２００に伝達される。

クラッチ歯車２００の外周面に形成された平歯車である歯車部２２０は、遊星歯車機構３００の入力部である入力歯車３１１と噛合している。入力歯車３１１はクラッチ歯車２００よりも大径の歯車であり、これによりモータ１００の回転は減速されて遊星歯車機構３００に入力される。そして、遊星歯車機構３００内でモータ１００の回転はさらに減速され、出力される。

遊星歯車機構３００の出力部である出力歯車３３３には、歯車４１０の大径歯車部４１１が噛合しており、歯車４１０の小径歯車部４１２には、歯車４２０の大径歯車部４２１が噛合している。歯車４２０は、そのセレーション部４２２が、ウインチ部材４３０に形成された貫通孔４３１に嵌合されており、歯車４２０とウインチ部材４３０とは周方向へ一体的に回転する。これによりモータ１００の回転はさらに減速され、ワイヤー４５０を介して排水弁Ｖに伝達される。

（遊星歯車機構）
遊星歯車機構３００は、第１経路Ｐ_１の一部を構成するとともに、その差動歯車構造を利用して、後述するフィルタ機構Ｆの一部を構成している。図４は、遊星歯車機構３００の構造を示す側面視断面図である。遊星歯車機構３００は、太陽歯車部材３１０、内歯車部材３２０、３つの遊星歯車３３１、および遊星キャリア部材３３０により構成されている。

太陽歯車部材３１０は、太陽歯車３１２が形成された内筒３１０ａと、遊星歯車機構３００の入力部である入力歯車３１１が外周面に形成された外筒３１０ｂとが、これらの上端部で一体化された二重筒構造の歯車部材である。外筒３１０ｂの入力歯車３１１は、クラッチ歯車２００の歯車部２２０と噛合しており、内筒３１０ａの太陽歯車３１２は、太陽歯車部材３１０の内部で３つの遊星歯車３３１と噛合している。これにより、クラッチ歯車２００の回転は、入力歯車３１１から太陽歯車３１２を経て、これら遊星歯車３３１に伝達される。

内歯車部材３２０は、その内周面に内歯車３２２が形成された略キャップ形状の歯車部材である。内歯車部材３２０は、その上部が太陽歯車部材３１０の外筒３１０ｂ内に嵌合されており、太陽歯車部材３１０から露出した下端部にはフィルタ歯車３２１が形成されている。フィルタ歯車３２１は、内歯車部材３２０の下端部から径方向外側に円環状に延出したフランジ状の平歯車である。内歯車部材３２０の内歯車３２２は遊星歯車３３１と噛合しており、フィルタ歯車３２１は後述する第２経路Ｐ_２を構成する第２経路第４歯車７２０（以下、単に「歯車７２０」という。）の小径歯車部７２２と噛合している。

遊星キャリア部材３３０は、遊星歯車３３１を回転可能に支持する枠体である遊星支持部３３２と、遊星支持部３３２から下方に延出した、遊星歯車機構３００の出力部である出力歯車３３３と、が一体化された部材である。遊星キャリア部材３３０の出力歯車３３３は、第１経路Ｐ_１を構成する歯車４１０の大径歯車部４１１と噛合している。

遊星歯車機構３００において、入力歯車３１１の回転、つまり太陽歯車３１２の回転が出力歯車３３３に伝達されるかどうかは、フィルタ歯車３２１の角度位置が固定されているかどうかにより決定される。フィルタ歯車３２１の回転が歯車７２０の小径歯車部７２２に係止されると、フィルタ歯車３２１とともに、内歯車部材３２０の内歯車３２２の角度位置も固定される。フィルタ歯車３２１が固定されているときに太陽歯車３１２が回転すると、その回転は遊星歯車３３１に伝えられ、遊星歯車３３１は、固定された内歯車３２２に沿って公転し、遊星支持部３３２とともに出力歯車３３３を回転させる。一方、フィルタ歯車３２１が固定されていないときには、太陽歯車３１２の回転は遊星歯車３３１の自転を経て内歯車３２２の空転により消費され、出力歯車３３３には伝達されない。

つまり、モータ１００の正転時にのみフィルタ歯車３２１を固定することで、モータ１００正転時の駆動力のみを第１経路Ｐ_１に伝達させることができ、モータ１００逆回転時の駆動力を内歯車３２２の空転により消失させることができる。

（第２経路およびフィルタ機構）
以下、図５、図６、および図２を参照して第２経路Ｐ_２およびフィルタ機構Ｆの具体的な構成について説明する。フィルタ機構Ｆはモータ１００の逆転時にそれを正転に修正し、かつ、モータ１００の正転時の駆動力のみを第１経路Ｐ_１に伝達させる機構である。第２経路Ｐ_２は、かかるフィルタ機構Ｆを作動させる出力経路である。

フィルタ機構Ｆおよび第２経路Ｐ_２は、駆動源側から遊星歯車機構３００側に向かって、誘導回転体１５０、扇形ギヤ６００、第２経路第３歯車７１０（以下、単に「歯車７１０」という。）、歯車７２０（第２経路第４歯車７２０）、および遊星歯車機構３００の内歯車部材３２０により構成されている。

扇形ギヤ６００は、誘導回転体１５０の歯車部１５３ａに噛合する歯部６１０を有する略扇形の歯車部材である。扇形ギヤ６００の図５視反時計回り側の端部における、その先端部の下面には、下方に突出した凸部である逆転時係止片６２０が形成されている。また、扇形ギヤ６００の回動中心部からは円筒形状の軸体６３０が上方に延出している。軸体６３０の上部には、軸体６３０の径方向外側に突出した凸部である正転時係止片６３５が形成されている。また、扇形ギヤ６００の回動中心部からはさらに、誘導回転体１５０側の略反対方向に向かって、棒状のレバー部６４０が延出している。レバー部６４０の先端にはコイルばね６９０の一端が取り付けられており、コイルばね６９０の他端は、ステータ１１０上に設けられたピン１３５に取り付けられている。

歯車７１０は、その上部の外周面に、扇形ギヤ６００の正転時係止片６３５と係合可能な複数の係合突起７１１が形成されている。また、歯車７１０の下部は平歯車である歯車部７１２が設けられている。

歯車７２０は、同軸上に重ねられた大径歯車７２１および小径歯車７２２が一体成形された複合歯車である。歯車７２０の大径歯車７２１は歯車７１０の歯車部７１２と噛合しており、歯車７２０の小径歯車７２２は内歯車部材３２０のフィルタ歯車３２１と噛合している。

図５は、モータ１００が逆転したときのフィルタ機構Ｆの動作を示す平面図である。なお、本実施形態におけるモータ１００の正転とは、ロータ１２０が図５視時計回りに回転することをいい、モータ１００の逆転とは、ロータ１２０が図５視反時計回りに回転することをいう。

モータ１００が逆転すると、これに連れ回って誘導回転体１５０が反時計回りに回転する。そして、誘導回転体１５０の歯車部１５３ａに噛合する扇形ギヤ６００は時計回りに回動する。扇形ギヤ６００の側面が歯車７１０の基端部に当接する位置まで扇形ギヤ６００が回動すると、扇形ギヤ６００はそれ以上回動することができなくなる。そして、扇形ギヤ６００と噛合する誘導回転体１５０も、それ以降の回転が扇形ギヤ６００により係止される。

上でも述べたように、誘導回転体１５０のボス部１５３はロータボス１２２には固定されておらず、誘導回転体１５０は、誘導回転体１５０に対する電磁誘導作用が、誘導回転体１５０の回転抵抗を上回るときのみロータ１２０に連れ回って回転する。そのため、誘導回転体１５０の回転が扇形ギヤ６００に係止された後も、ロータ１２０は逆転を継続する。

扇形ギヤ６００が歯車７１０の基端部に当接する位置まで回動した状態でロータ１２０が逆転すると、ロータ１２０の逆転制動部１２１ａが扇形ギヤ６００の逆転時係止片６２０に衝突する。この衝撃により、ロータ１２０の回転方向は正転に修正される。

図６は、モータ１００が正転したときのフィルタ機構Ｆの動作を示す平面図である。モータ１００が正転すると、これに連れ回って誘導回転体１５０が時計回りに回転する。そして、誘導回転体１５０の歯車部１５３ａに噛合する扇形ギヤ６００は反時計回りに回動する。なお、このとき、コイルばね６９０は、扇形ギヤ６００に引張され、扇形ギヤ６００を原位置に戻すように扇形ギヤ６００を付勢する。

扇形ギヤ６００の正転時係止片６３５が歯車７１０の外周面に当接する位置まで扇形ギヤ６００が回動すると、扇形ギヤ６００はそれ以上回動することができなくなる。そして、扇形ギヤ６００と噛合する誘導回転体１５０も、それ以降の回転が扇形ギヤ６００により係止される。なお、この場合でもロータ１２０は正転を継続する。

扇形ギヤ６００の正転時係止片６３５が歯車７１０の外周面に当接すると、歯車７１０の係合突起７１１が正転時係止片６３５に係合することで、歯車７１０の回転が係止される。なお、モータ１００が正転したときには、歯車７１０は、フィルタ歯車３２１から逆流してきた駆動力により時計回りに回転しようとする。

歯車７１０の時計回りの回転が係止されると、これに連動して、歯車７２０とフィルタ歯車３２１（内歯車部材３２０）の回転も係止される。これにより、第１経路Ｐ_１にモータ１００の駆動力が伝達されるようになる。

（クラッチ機構）
以下、図７乃至図１０を参照して排水弁駆動装置９００のクラッチ機構Ｃについて説明する。図７は、排水弁Ｖを駆動しているときのクラッチ機構Ｃの動作状態を示す平面図（図８を矢示Ｂ方向から見た図）であり、図８はクラッチ機構Ｃの同動作状態を示す側面図（図７を矢示Ａ方向から見た図）である。なお、排水弁駆動装置９００を停止したときも、クラッチ機構Ｃは、図７および図８に示される状態となる。図９は、排水弁Ｖの開放状態を維持しているときのクラッチ機構Ｃの動作状態を示す平面図（図１０を矢示Ｂ方向から見た図）であり、図１０はクラッチ機構Ｃの同動作状態を示す側面図（図９を矢示Ａ方向から見た図）である。なお、図８および図１０では、歯車４２０の記載を省略している。

クラッチ機構Ｃは、第１経路Ｐ_１によるモータ１００の駆動力の伝達を「継」状態または「断」状態に切り替える機構である。クラッチ機構Ｃは、主に、モータ１００のロータボス１２２、第１経路Ｐ_１においてロータボス１２２の従動側に隣接する歯車部材であるクラッチ歯車２００、略扇形の板状部材であるクラッチレバー５００により構成されている。クラッチレバー５００は、排水弁Ｖの開閉状態に合わせて、その基端部の支軸１３６を回動中心として所定の角度範囲内を水平方向へ往復移動する部材である。

ロータボス１２２およびクラッチ歯車２００は、ロータ支軸１３１により同軸線上で支持されている。クラッチ歯車２００の軸方向位置は固定されておらず、クラッチ歯車２００は、ロータ支軸１３１上を上下方向に移動可能である。ロータボス１２２のクラッチ歯車２００側の端面である上面１２２ｓと、クラッチ歯車２００のロータボス１２２側の端面である下面２００ｓとの間には、これらを離間方向へ付勢する付勢部材であるコイルばね２５０が配置されている。

ロータボス１２２の上面１２２ｓには、クラッチ歯車２００側に突出した複数の凸部である駆動側係合爪１２２ａが形成されている。そして、クラッチ歯車２００の下面２００ｓには、ロータボス１２２側に突出した複数の凸部である従動側係合爪２１０が形成されている。従動側係合爪２１０が駆動側係合爪１２２ａに係合することにより、モータ１００の駆動力はクラッチ歯車２００に伝達される。すなわち、第１経路Ｐ_１が「継」状態となる。また、これら従動側係合爪２１０および駆動側係合爪１２２ａの係合が解除されることにより、第１経路Ｐ_１は「断」状態となる。

クラッチ歯車２００は、その歯車部２２０から上方に突出した筒状の従動軸２４０を有している。クラッチレバー５００はその下面に、ロータボス１２２とクラッチ歯車２００との間隔を制御するカムであるスロープ部５１０を有している。スロープ部５１０は、クラッチ歯車２００の従動軸２４０が接触するテーパ面５１１を有している。スロープ部５１０は、テーパ面５１１でクラッチ歯車２００の従動軸２４０を押圧することにより、クラッチ歯車２００の軸方向位置を制御する。より具体的には、排水弁Ｖの開放時には、クラッチ歯車２００を押圧してその軸方向位置を下げることにより、従動側係合爪２１０を駆動側係合爪１２２ａに係合させ、排水弁Ｖの開放が完了し、その開放状態を維持するときには、押圧を解除して従動側係合爪２１０を駆動側係合爪１２２ａから離間させる。

また、図１０に示されるように、スロープ部５１０のテーパ面５１１は、ロータボス１２２とクラッチ歯車２００とが離間しているときの従動軸２４０の位置（図１０視左側）から、これらが係合しているときの従動軸２４０の位置（図１０視右側）に向かって、順に、面位置が次第に高くなる第１テーパ面５１１ａと、頂部を経て面位置が次第に低くなる第２テーパ面５１１ｂと、を有している。なお、第２テーパ面５１１ｂにおける面位置の低下量Ｄは、第１テーパ面５１１ａにおける面位置の上昇量Ｕよりも小さい。例えば図８に示されるように、ロータボス１２２とクラッチ歯車２００とを係合させたときに、第１テーパ面５１１ａとは逆方向に傾斜した第２テーパ面５１１ｂで従動軸２４０を支持することにより、装置の振動などのはずみでクラッチ歯車２００が第１テーパ面５１１ａを下ってしまうことが抑制されている。

図７および図９に示されるように、歯車４２０の上面４２０ａには、その周方向位置により溝幅を変えて形成された略円弧形状の溝部であるカム溝４２３が設けられている。一方、クラッチレバー５００の下面には、歯車４２０とその水平方向における位置が重なる部分に、下方に突出した軸部である従動軸５３０が形成されている。クラッチレバー５００の従動軸５３０は、歯車４２０のカム溝４２３に嵌合されている。つまり、歯車４２０およびクラッチレバー５００は表面カムを構成している。クラッチレバー５００は歯車４２０のカムフォロアーであり、歯車４２０の回動に追従して、水平方向における所定の角度範囲内を往復移動する。

また、クラッチレバー５００には、ロータ支軸１３１が挿通される長穴であるガイド穴５４０が形成されている。ガイド穴５４０は、クラッチレバー５００の可動範囲内において、ロータ支軸１３１と位置が重なる部分の全長にわたって形成されている。また、ガイド穴５４０はスロープ部５１０にも及んでおり、このため、スロープ部５１０は平面視略Ｕ字形に形成されている。

また、クラッチレバー５００の下面には、下方に突出した凸部である係止片５２０が形成されている。そして、クラッチ歯車２００には、その従動軸２４０から径方向外側に延出した凸部である被係止片２３０が設けられている。クラッチ歯車２００の被係止片２３０が、クラッチレバー５００の係止片５２０と周方向に係合することにより、クラッチ歯車２００はその回転が係止される。なお、クラッチ歯車２００の被係止片２３０は、平面視点対象に二つ形成されている。クラッチ歯車２００の逆転がクラッチレバー５００に阻止されることにより、排水弁Ｖの開放後に、排水弁Ｖ自体の付勢力に抗して排水弁Ｖの開放状態を維持することが可能とされている。

図７および図８に示すように、排水弁Ｖの開放時には、クラッチレバー５００のスロープ部５１０でクラッチ歯車２００が下方に押圧されることにより、従動側係合爪２１０が駆動側係合爪１２２ａに係合する。これにより第１経路Ｐ_１が「継」状態となり、モータ１００の駆動力で排水弁Ｖが開放される。

図９および図１０に示すように、排水弁Ｖの開放後、その開放状態を維持するときには、クラッチレバー５００によるクラッチ歯車２００の押圧が解除され、従動側係合爪２１０が駆動側係合爪１２２ａから離間する。これにより第１経路Ｐ_１は「断」状態となり、ロータボス１２２は空転することとなる。そして、クラッチ歯車２００の被係止片２３０が、クラッチレバー５００の係止片５２０と周方向に係合し、クラッチ歯車２００の逆転が阻止される。これにより、排水弁Ｖ自体の付勢力に抗して排水弁Ｖの開放状態が維持される。

ここで、コイルばね２５０は、クラッチ歯車２００と、クラッチ歯車２００が噛合する遊星歯車機構３００の入力歯車部３１１との間に生じる摺動抵抗、およびクラッチ歯車２００とロータ支軸１３１との間に生じる摺動抵抗によっては、その伸長が妨げられない大きさの付勢力を有している。具体的には、本実施形態のコイルばね２５０には、線径φが０．２３、コイル内径がφ１．８、自由長が８．５ｍｍ、有効巻数が８、総巻数が１０、密着高さが２．５３ｍｍ、ばね荷重が５０〜８５ｇｆであり、ばね定数が０．３Ｎ／ｍｍ以上のコイルばねが使用されている。排水弁Ｖ自体の付勢力に対してコイルばね２５０の付勢力が十分でない場合、上記摺動抵抗により、クラッチ歯車２００が速やかに被係止状態（クラッチ歯車２００の逆回転がクラッチレバー５００に阻止された状態）に移行することができず、排水弁Ｖがその付勢力により閉塞してしまうおそれがある。本実施形態のコイルばね２５０は、上記摺動抵抗によってはその伸長が妨げられない大きさの付勢力を有していることにより、このような不具合が防止されている。

さらに、例えば図１０に示されるように、クラッチ歯車２００の軸線方向における被係止片２３０の突出長は、クラッチレバー５００のスロープ部５１０に接触しない範囲で最大の長さとされている。クラッチ歯車２００の逆回転を防止するためは、排水弁Ｖの開放後、クラッチ歯車２００は直ちに被係止状態に移行することが望ましい。本実施形態では、被係止片２３０の軸線方向の突出長が最大化されていることにより、クラッチレバー５００の係止片５２０とクラッチ歯車２００の被係止片２３０との間隔が短くされており、より速やかに被係止片２３０を係止片５２０に係合させることが可能とされている。また、クラッチ歯車２００の被係止片２３０がクラッチレバー５００の係止片５２０に勢いよく衝突し、クラッチ歯車２００が下方に跳ねた場合でも、これらの係合状態を最大限確保することが可能とされている。

また、本実施形態のクラッチ歯車２００と、クラッチ歯車２００に噛合する太陽歯車部材３１０は、ポリアセタール樹脂により構成されている。クラッチ歯車２００、およびこれに噛合する太陽歯車部材３１０に摺動性の高い樹脂材料を用いることにより、クラッチ歯車２００と太陽歯車部材３１０との間に生じる摺動抵抗が抑えられている。さらに、本実施形態では、クラッチ歯車２００が、モータ１００の出力軸であるロータボス１２２と噛合しており、遊星歯車機構３００を含む減速歯車列の入力側に配置されている。第１経路Ｐ_１のうち、作用するトルクが最も小さな位置にクラッチ歯車２００が配置されていることにより、クラッチ歯車２００と入力歯車部３１１との間に生じる摺動抵抗が最小化されている。本実施形態では、これらの構成により、クラッチ歯車２００をより速やかに被係止状態に移行させることが可能とされている。

このように、本実施形態の排水弁駆動装置９００では、クラッチ機構Ｃが簡易な構成で実装されていることにより、排水弁駆動装置９００の小型化が実現されている。

（排水弁駆動装置の動作）
以下、排水弁駆動装置９００の動作について説明する。以下の説明では、排水弁駆動装置９００の動作を、初期状態（閉塞位置）にある排水弁Ｖを開放するときの動作、および、開放状態にある排水弁Ｖを閉塞するときの動作に分けて説明する。

（１）排水弁開放動作
排水弁Ｖは初期状態（ワイヤー４５０がウインチ部材４３０に巻き上げられていない状態）において閉塞位置にある。このとき、クラッチレバー５００はそのスロープ部５１０でクラッチ歯車２００を押し下げており、クラッチ歯車２００の従動側係合爪２１０は、ロータボス１２２の駆動側係合爪１２２ａに係合した状態にある。すなわち、クラッチ機構Ｃは図７および図８に示される状態にあり、第１経路Ｐ_１は「継」状態にある。

この状態からモータ１００が正転方向へ駆動されると、ロータボス１２２とともにクラッチ歯車２００が回転する。そして、ロータ１２０内に配置された誘導回転体１５０も、ロータ１２０に連れ回って回転する。誘導回転体１５０が回転すると、その歯車部１５３に噛合する扇形ギヤ６００が回動する。このとき、扇形ギヤ６００は、コイルばね６９０の付勢力に抗して、正転時係止片６３５が歯車７１０（係合突起７１１）に接近する方向に回動する。

正転時係止片６３５が係合突起７１１に係合すると、歯車７１０の回転が係止される。歯車７１０の回転が係止されると、歯車７１０に噛合する歯車７２０の回転も係止される。歯車７２０の回転が係止されると、歯車７２０に噛合するフィルタ歯車３２１、つまり内歯車部材３２０の回転も係止される。すなわち、フィルタ機構Ｆにより、内歯車部材３２０の角度位置が固定され、第１経路Ｐ_１がモータ１００の正転駆動力を伝達可能な状態となる。なお、扇形ギヤ６００および歯車７１０が係合することで誘導回転体１５０が回転不能となった後も、ロータ１２０は誘導回転体１５０とは非同期に正転を継続する。

クラッチ歯車２００の歯車部２２０は、遊星歯車機構３００の入力歯車部３１１と噛合している。クラッチ歯車２００の回転は入力歯車部３１１を経て太陽歯車３１２に伝達され、太陽歯車部材３１２が回転する。

太陽歯車３１２は、遊星歯車機構３００の内部において３つの遊星歯車３３１と噛合している。また、これら遊星歯車３３１は、内歯車部材３２０の内歯車３２２とも噛合している。上で述べたように、内歯車部材３２０は、フィルタ機構Ｆによりその角度位置が固定された状態にある。そのため、太陽歯車３１２が回転すると、遊星歯車３３１は内歯車部材３２０の内歯車３２２に沿って太陽歯車３１２の周りを公転する。遊星歯車３３１が公転すると、遊星歯車３３１を支持する遊星キャリア３３０とともに、遊星歯車機構３００の出力歯車３３３が回転する。

なお、モータ１００が逆転した時には、フィルタ機構Ｆが内歯車部材３２０の回転を係止しないから、仮に太陽歯車３１２が回転したとしても、その太陽歯車３１２の回転は、遊星歯車３３１の自転を経て内歯車部材３２０の空転により消費される。遊星歯車機構３００の出力歯車３３３には、第１経路Ｐ_１を介して排水弁Ｖ自体の付勢力が作用しており、入力歯車部３１１に伝えられた駆動力が、回転抵抗の少ない内歯車部材３２０側に流れてしまうからである。

出力歯車３３３には歯車４１０が噛合しており、歯車４１０には歯車４２０が噛合している。歯車４２０の上面には、歯車４２０と周方向へ一体的に回転するウインチ部材４３０が取り付けられている。ウインチ部材４３０が回動すると、ウインチ部材４３０に接続されたワイヤー４５０が巻き取られる。ワイヤー４５０の先端には排水弁Ｖが固定されており、これにより、排水弁Ｖが開放される。

歯車４２０が所定位置まで回動すると（ワイヤー４５０が所定量巻き取られると）、歯車４２０のカムフォロアーであるクラッチレバー５００が、歯車４２０から離れる方向へ移動する。すなわち、クラッチ機構Ｃが図９および図１０に示される状態となる。

クラッチレバー５００の移動により、クラッチ歯車２００の押圧は解除され、クラッチ歯車２００はコイルばね２５０の付勢力により上方へと移動する。これにより、クラッチ歯車２００の従動側係合爪２１０と、ロータボス１２２の駆動側係合爪１２２ａとの係合が解除され、モータ１００の駆動力がクラッチ歯車２００に伝達されない状態となる。つまり、第１経路Ｐ_１は「断」状態となる。

また、クラッチレバー５００の上記移動により、クラッチ歯車２００の被係止片２３０が、クラッチレバー５００に設けられた係止片５２０に周方向に当接する。すなわち、クラッチ歯車２００の回転がクラッチレバー５００により係止された状態となる。クラッチ歯車２００の回転が係止されると、第１経路Ｐ_１を構成するクラッチ歯車２００以降の部材の角度位置も固定される。なお、このときも、フィルタ機構Ｆは内歯車部材３２０の回転を係止しており、第１経路Ｐ_１には排水弁Ｖ自体の付勢力が作用している。しかし、クラッチ歯車２００の回転はクラッチレバー５００により係止されているため、クラッチ歯車２００が逆転することはない。これにより、排水弁Ｖ自体の付勢力に抗して排水弁Ｖの開放状態が維持される。

（２）排水弁閉塞動作
排水の完了後、排水弁Ｖを閉塞させるときには、モータ１００への給電を停止する。モータ１００への給電を停止することにより、モータ１００による誘導回転体１５０の電磁誘導力が消失する。これにより、扇形ギヤ６００がコイルばね６９０の付勢力に屈して原位置へと戻り、扇形ギヤ６００から歯車７１０、歯車７２０、そしてフィルタ歯車３２１へと続く係止関係が解除される。つまりフィルタ機構Ｆが無効化され、内歯車部材３２０が空転可能な状態となる。

排水弁Ｖには常に、排水弁Ｖを閉塞させる方向に付勢力が作用している。そのため、フィルタ機構Ｆが無効化され、内歯車部材３２０が空転可能になると、排水弁Ｖの開放状態を維持していた牽引力は内歯車部材３２０の空転により消失する。これにより排水弁Ｖは排水弁Ｖ自体の付勢力により閉塞する。

さらに、排水弁Ｖの閉塞方向に歯車４２０が回動すると、クラッチレバー５００は歯車４２０に近づく方向へ移動する。すなわち、クラッチ機構Ｃが図７および図８に示される状態となる。これにより、クラッチ歯車２００の従動側係合爪２１０が、ロータボス１２２の駆動側係合爪１２２ａに係合し、モータ１００の駆動力がクラッチ歯車２００に伝達される状態となる。つまり、第１経路Ｐ_１が「継」状態となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

９００ 排水弁駆動装置
Ｐ１ 第１経路（動力伝達経路）
Ｐ２ 第２経路
Ｃ クラッチ機構
Ｆ フィルタ機構
Ｖ 排水弁
１００ モータ
１２２ ロータボス（モータの出力軸（一の回転体））
１２２ａ 駆動側係合爪
１２２ｓ 上面（クラッチ歯車側の端面）
１３１ ロータ支軸
１５０ 誘導回転体
１５３ ボス部
１５３ａ 歯車部
２００ クラッチ歯車
２００ｓ 下面（回転体側の端面）
２１０ 従動側係合爪
２２０ 歯車部
２３０ 被係止片
２５０ コイルばね（付勢部材）
３００ 遊星歯車機構
３１０ 太陽歯車部材
３１０ａ 内筒
３１０ｂ 外筒
３１１ 入力歯車
３１２ 太陽歯車
３２０ 内歯車部材
３２１ フィルタ歯車
３２２ 内歯車
３３０ 遊星キャリア
３３１ 遊星歯車
３３２ 遊星支持部
３３３ 出力歯車
５００ クラッチレバー
５１０ スロープ部
５１１ テーパ面
５１１ａ 第１テーパ面
５１１ｂ 第２テーパ面
５２０ 係止片

Claims (6)

1. 駆動源であるモータと、
   前記モータの駆動力を被駆動体である排水弁に伝達する動力伝達経路と、
   前記動力伝達経路による駆動力の伝達を「継」状態または「断」状態に切り替えるクラッチ機構と、
   前記モータの正転時の駆動力のみを前記動力伝達経路に伝達させるフィルタ機構と、を備え、
   前記クラッチ機構は、前記排水弁の開閉状態に合わせて往復動作するクラッチレバーと、前記動力伝達経路の一部を構成する一の回転体と、前記動力伝達経路において前記回転体の従動側に隣接する歯車部材であるクラッチ歯車と、を有しており、
   前記回転体および前記クラッチ歯車は同軸線上に配置されており、前記クラッチ歯車は該軸線上を移動可能であり、前記回転体と前記クラッチ歯車との間には、これらを離間方向へ付勢する付勢部材が配置されており、
   前記回転体の前記クラッチ歯車側の端面には、該クラッチ歯車側に突出した凸部である駆動側係合爪が形成されており、前記クラッチ歯車の前記回転体側の端面には、該回転体側に突出した凸部である従動側係合爪が形成されており、
   前記クラッチレバーは、前記回転体と前記クラッチ歯車との間隔を制御するスロープ部を有しており、該スロープ部は、前記排水弁の駆動時には、前記クラッチ歯車を前記回転体側に押圧して前記従動側係合爪を前記駆動側係合爪に係合させ、前記排水弁の駆動完了時には、該押圧を解除して前記従動側係合爪を前記駆動側係合爪から離間させるテーパ面を有しており、
   前記クラッチレバーはさらに、前記排水弁の駆動後における前記クラッチ歯車の逆回転を阻止して該排水弁の駆動完了時の状態を維持する係止片を有しており、前記クラッチ歯車は、該係止片に係合する被係止片を有しており、
   前記動力伝達経路は遊星歯車機構を有しており、
   前記遊星歯車機構は、
   平歯車である入力歯車が外周面に形成された外筒と、太陽歯車である内筒とが、これらの一方の端部で結合された二重筒構造の太陽歯車部材と、
   複数の遊星歯車を支持する遊星支持部、および、該遊星支持部から前記遊星歯車機構の外部に延出した、前記遊星支持部と回転中心を同じくする平歯車部である出力歯車が一体化された遊星キャリア部材と、
   前記遊星歯車機構の外部に露出した平歯車であるフィルタ歯車を有し、内周面に内歯車が形成された内歯車部材と、を有しており、
   前記クラッチ歯車は前記太陽歯車部材の前記入力歯車と噛合しており、
   前記フィルタ機構は、前記モータの正転時にのみ前記フィルタ歯車の回転を係止することで、前記モータの正転時の駆動力のみを前記動力伝達経路に伝達させることを特徴とする排水弁駆動装置。
2. 前記付勢部材は、前記クラッチ歯車と、該クラッチ歯車に接触する他の部材との間に生じる摺動抵抗によって伸長が妨げられない大きさの付勢力を有していることを特徴とする請求項１に記載の排水弁駆動装置。
3. 前記クラッチ歯車の軸線方向における前記被係止片の突出長は、前記クラッチレバーの前記スロープ部に接触しない範囲で最大の長さであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排水弁駆動装置。
4. 前記回転体は前記モータの出力軸であり、前記動力伝達経路は減速歯車列を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排水弁駆動装置。
5. 前記スロープ部の前記テーパ面は、前記回転体および前記クラッチ歯車の離間時における前記クラッチ歯車との接触部から、前記回転体および前記クラッチ歯車の係合時における前記クラッチ歯車との接触部に向かって、順に、面位置が次第に高くなる第１テーパ面と、頂部を経て面位置が次第に低くなる第２テーパ面と、を有しており、
   前記第２テーパ面による面位置の低下量は、前記第１テーパ面による面位置の上昇量よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排水弁駆動装置。
6. 前記クラッチ歯車と、該クラッチ歯車に噛合する他の歯車部材は、ポリアセタール樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の排水弁駆動装置。

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